เรียนรู้เกี่ยวกับซิลิคอนสีดำและการประยุกต์

ที่มาของชื่อซิลิคอนสีดำคือเมื่อมองด้วยตามนุษย์จะมีสีดำ เนื่องจากโครงสร้างจุลภาคบนพื้นผิว ซิลิคอนสีดำจึงสามารถดูดซับแสงที่ตกกระทบได้เกือบ 100% และมีแสงสะท้อนน้อยมาก ดังนั้นจึงปรากฏเป็นสีดำในสายตามนุษย์

คุณสมบัติทางแสงและเซมิคอนดักเตอร์ที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุซิลิกอนสีดำได้นำมาประยุกต์ใช้กับโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ (เครื่องตรวจจับแสง กล้องถ่ายภาพความร้อน ฯลฯ) อย่างกว้างขวาง เช่น กล้องในสภาพแสงน้อยที่ทำงานในแถบความถี่คู่ที่มองเห็นได้และใกล้อินฟราเรด นำผลประโยชน์มหาศาลมาสู่การใช้งานด้านพลเรือนและการทหาร มาอำนวยความสะดวกมากมาย

คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดประการหนึ่งของซิลิคอนสีดำคือการสะท้อนแสงที่ค่อนข้างต่ำและความสามารถในการดูดซับมุมกว้างในช่วงสเปกตรัมกว้าง โดยทั่วไปค่าการสะท้อนแสงของซิลิคอนสีดำจะน้อยกว่า 10% ซึ่งมีประโยชน์มากสำหรับโคนนาโนหรือลวดนาโน โครงสร้างพิเศษของอัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางสามารถลดค่าการสะท้อนแสงโดยเฉลี่ยให้เหลือน้อยกว่า 3% ได้อีกโดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการประมวลผลแบบละเอียดของซิลิคอน โครงสร้างจุลภาคของซิลิคอนสีดำได้พัฒนาตั้งแต่โครงสร้างนาโนโคนแรกสุดที่ประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond ไปจนถึงโครงสร้างปิรามิด รู ลวดนาโน และคอมโพสิต

หลังจากการสำรวจมานานหลายปี ได้มีการสร้างระบบการประมวลผลต่างๆ สำหรับวิธีการประมวลผลซิลิคอนสีดำ วิธีการที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธี femtosecond laser, วิธีการแกะสลักด้วยเคมีไฟฟ้า, วิธีการแกะสลักไอออนปฏิกิริยา, วิธีกรด, วิธีด่าง, วิธีการแกะสลักด้วยโลหะช่วย ฯลฯ วิธีการประมวลผลแต่ละวิธีมีสัณฐานวิทยาของโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันและคุณสมบัติทางแสงที่มีอยู่

ในขณะเดียวกัน คำจำกัดความของซิลิคอนสีดำก็ค่อยๆขยายออกไป ไม่จำกัดเฉพาะซิลิคอนที่มีโครงสร้างจุลภาคซึ่งประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond อีกต่อไป และสีไม่ได้จำกัดอยู่เพียงสีดำ ตราบเท่าที่มีความสามารถในการดักแสงได้ชัดเจน ก็เรียกได้ว่าซิลิคอนที่มีโครงสร้างจุลภาค เป็นวัสดุซิลิโคนสีดำ

ด้วยการควบคุมขนาดโครงสร้างลักษณะเฉพาะของซิลิคอนที่มีรูพรุนหลายชั้น นักวิจัยจึงควบคุมการเปลี่ยนแปลงดัชนีการหักเหของแสงโดยไม่ตั้งใจ พื้นผิวซิลิกอนมีผลในการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกัน และท้ายที่สุดแล้วสีที่ต่างกันจะปรากฏใต้ดวงตาของมนุษย์ โซลูชันทางเทคนิคนี้สามารถนำไปใช้กับเครื่องตรวจจับแบบสี่ควอแดรนท์ได้ เพื่อให้แต่ละควอแดรนท์มีลักษณะการตอบสนองทางสเปกตรัมที่แตกต่างกัน

ในฐานะที่เป็นวัสดุใหม่ ซิลิคอนสีดำจึงมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมมากมายและถูกนำมาใช้ในหลายสาขา เช่น อัตราการดูดกลืนแสงที่สูงมากและความไวแสง ซึ่งสามารถใช้เป็นชั้นดูดซับของเครื่องตรวจจับแสง การใช้คุณสมบัติป้องกันการสะท้อนแสงของซิลิกอนสีดำและลักษณะมุมกว้าง เช่น การดูดซับสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ เช่น อัตราการตอบสนองของโฟโตอิเล็กทริกและช่วงสเปกตรัมการตอบสนอง โครงสร้างเสี้ยมของซิลิคอนสีดำมีลักษณะการปล่อยสนามแม่เหล็กที่ดีเยี่ยม ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นวัสดุปล่อยสนามแม่เหล็กได้ ซิลิคอนสีดำยังมีคุณสมบัติการปล่อยแสงที่ดีเยี่ยม เนื่องจากคุณสมบัติในการเรืองแสงจึงสามารถใช้เป็นวัสดุเรืองแสงได้ โดยใช้พื้นที่ผิวจำเพาะสูงเป็นพิเศษของซิลิคอนสีดำ สามารถใช้เป็นกาวแข็งหรือโครงสร้างการกระจายความร้อนระหว่างวัสดุซิลิกอนได้

ในการใช้งานหลายอย่าง วัสดุซิลิกอนสีดำได้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าที่ยอดเยี่ยมในการปรับปรุงประสิทธิภาพไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดผลึกซิลิคอนทางอุตสาหกรรม ด้วยการพัฒนาอย่างก้าวกระโดดของเทคโนโลยีเวเฟอร์ซิลิคอนสำหรับการตัดลวดเพชร ชั้นความเสียหายระหว่างการตัดเวเฟอร์ซิลิคอนลดลงอย่างมาก และยังสามารถจัดหาเวเฟอร์ซิลิคอนโมโนคริสตัลไลน์หรือโพลีคริสตัลไลน์ที่บางลงได้ ซึ่งช่วยส่งเสริมการพัฒนาที่แข็งแกร่งของอุตสาหกรรมไฟฟ้าโซลาร์เซลล์อย่างมาก และปรับปรุง ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริก เซลล์แสงอาทิตย์กำลังต้องการเทคโนโลยีพื้นผิวด้านหน้าอย่างเร่งด่วน ที่มีการสะท้อนแสงต่ำและการดูดกลืนมุมกว้าง และการออกแบบโครงสร้างที่มีการดูดซับที่เพิ่มขึ้น เทคโนโลยีซิลิคอนสีดำแสดงการเชื่อมต่อตามธรรมชาติในสนามไฟฟ้าโซลาร์เซลล์